JPWO2009031550A1 - Ranging device - Google Patents
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Abstract
同サイズの受光素子を用いて、より遠距離物体から近距離物体までの距離を測定可能な測距装置を提供する。目標物体に向け信号光を投射する送信光学系20と、前記送信光学系とは光軸が異なり、前記目標物体から反射された信号光を受信する受信光学系30と、前記受信光学系の結像面に配置された受光素子12と、を有し、前記信号光の送信時と受信時との時間差から目標物体までの距離を測定する測距装置100において、前記受信光学系30は、当該受信光学系の焦点距離を可変とする可変焦点距離光学系14を有する測距装置100。Provided is a distance measuring device capable of measuring a distance from a far-distance object to a short-distance object by using a light receiving element of the same size. A transmission optical system 20 that projects signal light toward a target object and a reception optical system 30 that receives the signal light reflected from the target object and has a different optical axis are connected to the transmission optical system. In the distance measuring apparatus 100 that includes a light receiving element 12 disposed on an image plane and measures a distance to a target object from a time difference between transmission and reception of the signal light, the reception optical system 30 includes: A distance measuring apparatus 100 having a variable focal length optical system 14 that makes a focal length of a receiving optical system variable.
Description
本発明は、レーザー光を用いた測距装置に関する。 The present invention relates to a distance measuring device using laser light.
従来、レーザー光を目標物体に照射してその反射光を受信し、送信時と受信時の時間差から目標物体までの距離を求める測距装置が知られている(例えば、特開昭63−244001号公報参照)。そして、近年、測距装置はより近距離物体の距離を測定できることが望まれている。
しかしながら、従来の測距装置は、送信光学系の光軸と受信光学系の光軸が異なっているため、同じサイズの受光素子を用いてより近距離物体の距離を測定しようとすると、目標物体からのレーザ光の、反射光のスポット像が受信光学系の結像面近傍に配置されている受光素子領域外に結像してしまい、近距離物体の測定可能な距離に限界があるという問題があった。2. Description of the Related Art Conventionally, a distance measuring device is known that irradiates a target object with a laser beam, receives the reflected light, and obtains the distance to the target object from the time difference between transmission and reception (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-244001). No. publication). In recent years, it has been desired that the distance measuring device can measure the distance of a near object.
However, in the conventional distance measuring device, the optical axis of the transmission optical system and the optical axis of the reception optical system are different. Therefore, when trying to measure the distance of a near object using a light receiving element of the same size, the target object The spot image of the reflected light of the laser beam from the laser beam forms an image outside the light receiving element area arranged in the vicinity of the imaging surface of the receiving optical system, and there is a limit to the measurable distance of short-distance objects was there.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、同サイズの受光素子を用いて、より遠距離物体から近距離物体までの距離を測定可能な測距装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第1態様は、目標物体に向け信号光を投射する送信光学系と、前記送信光学系とは光軸が異なり、前記目標物体で反射された前記信号光を受信する受信光学系と、前記受信光学系の結像面に配置された受光素子とを有し、前記受信光の送信時と受信時との時間差から前記目標物体までの距離を測定する測距装置において、遠距離に在る目標物体で反射された信号光の前記受信光学系による結像位置と、近距離に在る目標物体で反射された信号光の前記受信光学系による結像位置を前記受光素子に対して調整可能な、結像位置調整手段を前記受信光学系に備えていることを特徴とする測距装置を提供する。
また、本発明の第1態様によれば、前記結像位置調整手段は、前記受信光学系の焦点距離を可変とする可変焦点距離光学系であることが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記可変焦点距離光学系は、前記受信光学系の対物レンズと前記受光素子の間に配設される変倍光学系を含むことが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記可変焦点距離光学系は、前記受信光学系の対物レンズと前記受光素子の間に挿脱可能な光学系を配置することが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記可変焦点距離光学系は、前記受信光学系の対物レンズの物体側に、着脱可能な光学系を有することが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記可変焦点距離光学系により変更される、前記受信光学系の最長焦点距離をfL、前記受信光学系の最短焦点距離をfS、測距する物体までの最大距離をL1、最小距離をL2とするとき、以下の条件式を満足することが望ましい。
(L2/L1)×fL ≦ fS ≦ fL
また、本発明の第1態様によれば、前記結像位置調整手段は、当該受信光学系の光軸を偏向する光軸偏向光学系であることが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記光軸偏向光学系は、ミラーを含むことが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記光軸偏向光学系は、偏角プリズムを含むことが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記結像位置調整手段は、前記遠距離に在る目標物体で反射された信号光の結像位置から前記近距離に在る目標物体で反射された信号光の結像位置方向に沿って、前記受光素子の中心をずらして配置する受光素子保持機構であることが望ましい。
また、本発明の第1態様によれば、前記測距装置は、さらに視準光学系を有することが望ましい。
本発明によれば、同サイズの受光素子を用いて、より遠距離物体から近距離物体までの距離を測定可能な測距装置を提供することができる。The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a distance measuring device that can measure a distance from a far-distance object to a short-distance object using a light-receiving element of the same size. To do.
In order to solve the above-described problem, the first aspect of the present invention provides a transmission optical system that projects signal light toward a target object, and the signal reflected by the target object, the optical axis of which differs from the transmission optical system. A receiving optical system for receiving light; and a light receiving element disposed on an imaging plane of the receiving optical system, and measuring a distance to the target object from a time difference between transmission and reception of the received light. In the distance measuring device, the imaging position of the signal light reflected by the target object at a long distance by the receiving optical system and the imaging of the signal light reflected by the target object at a short distance by the receiving optical system There is provided a distance measuring device characterized in that an imaging position adjusting means capable of adjusting a position with respect to the light receiving element is provided in the receiving optical system.
According to the first aspect of the present invention, it is desirable that the imaging position adjusting unit is a variable focal length optical system that makes a focal length of the receiving optical system variable.
According to the first aspect of the present invention, it is preferable that the variable focal length optical system includes a variable magnification optical system disposed between the objective lens of the receiving optical system and the light receiving element.
According to the first aspect of the present invention, it is desirable that the variable focal length optical system includes a removable optical system between the objective lens of the receiving optical system and the light receiving element.
According to the first aspect of the present invention, it is desirable that the variable focal length optical system has a removable optical system on the object side of the objective lens of the receiving optical system.
According to the first aspect of the present invention, the longest focal length of the receiving optical system is fL, the shortest focal length of the receiving optical system is fS, and the object to be measured is changed by the variable focal length optical system. When the maximum distance of L1 is L1 and the minimum distance is L2, it is desirable to satisfy the following conditional expression.
(L2 / L1) × fL ≦ fS ≦ fL
According to the first aspect of the present invention, it is desirable that the imaging position adjusting unit is an optical axis deflection optical system that deflects the optical axis of the reception optical system.
According to the first aspect of the present invention, it is desirable that the optical axis deflection optical system includes a mirror.
According to the first aspect of the present invention, it is desirable that the optical axis deflection optical system includes a declination prism.
According to the first aspect of the present invention, the imaging position adjusting means is reflected by the target object at a short distance from the imaging position of the signal light reflected by the target object at the long distance. It is desirable that the light receiving element holding mechanism be arranged so that the center of the light receiving element is shifted along the image forming position direction of the signal light.
According to the first aspect of the present invention, it is preferable that the distance measuring device further includes a collimating optical system.
According to the present invention, it is possible to provide a distance measuring device that can measure a distance from a far-distance object to a short-distance object using a light-receiving element of the same size.
図1は、第1実施の形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。
図2は、受光光学系の受光素子上における距離の異なる目標物体からのレーザスポット像の位置関係を説明する図である。
図3は、受光素子と各スポット像位置を示す模式図である。
図4は、第2実施の形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。
図5は、第3実施の形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。
図6は、第4実施の形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。
図7は、受光光学系の受光素子上における距離の異なる目標物体からのレーザスポット像の位置関係を説明する図である。
図8は、交線近傍に配置された受光素子と各スポット像位置を示す模式図である。
図9A、9Bは、ミラーの傾斜の作用を説明する図である。
図10は、第5実施形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。
図11A、11Bは、偏角プリズムの作用を説明する受光光学系のみの図である。
図12は、第6実施形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。
図13は、受光光学系の受光素子上における距離の異なる目標物体からのレーザ光像の位置関係を説明する図である。
図14は、受光素子と各光点位置を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system of the distance measuring apparatus according to the first embodiment.
FIG. 2 is a diagram for explaining the positional relationship of laser spot images from target objects having different distances on the light receiving element of the light receiving optical system.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a light receiving element and each spot image position.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical system of the distance measuring apparatus according to the second embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical system of a distance measuring device according to the third embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical system of a distance measuring apparatus according to the fourth embodiment.
FIG. 7 is a diagram for explaining the positional relationship of laser spot images from target objects having different distances on the light receiving element of the light receiving optical system.
FIG. 8 is a schematic diagram showing the light receiving elements arranged in the vicinity of the intersection line and the positions of the respective spot images.
9A and 9B are diagrams for explaining the effect of mirror tilt.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical system of a distance measuring apparatus according to the fifth embodiment.
11A and 11B are diagrams of only the light receiving optical system for explaining the operation of the declination prism.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical system of the distance measuring apparatus according to the sixth embodiment.
FIG. 13 is a diagram illustrating the positional relationship of laser light images from target objects having different distances on the light receiving element of the light receiving optical system.
FIG. 14 is a schematic diagram showing a light receiving element and each light spot position.
本発明の第1実施形態にかかる測距装置について図面を参照しつつ説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。図2は、第1実施形態にかかる測距装置の作用を説明する図である。図3は、受光素子と各光点位置を示す模式図である。
図1において、第1実施形態にかかる測距装置100は、送信光学系の光軸A1と視準光学系の光軸A2とが共通の光軸Aを有する送信光学系20と、光軸Aとは異なる光軸Bを有する受信光学系30とから構成されている。なお、簡略化のため信号光駆動回路や制御回路、演算回路、表示装置等の電子回路部分は省略している。
半導体レーザ等の光源2から射出した光(以後、信号光と記す)は送信光学系20の光軸A1に沿って射出され、正立プリズム4に設けられ信号光を透過し可視光を反射するダイクロイックミラー3を透過後、ミラー面4aで反射されて対物レンズ1に向かい、対物レンズ1から目標物体(図2のP1,P2,PF,PNなど)に照射される。なお、正立プリズム4は、正立ダハプリズムとしているが、正立ポロプリズムでもよい。
目標物体で反射された信号光と目標物体からの可視光は、対物レンズ1で集光され、正立プリズム4に入射する。信号光は正立プリズム4のミラー面4aで反射され、ダイクロイックミラー3を透過して光源2側に射出される。このようにして送信光学系が構成されている。
可視光は、正立プリズム4のダイクロイックミラー3を含む各反射面で反射されて、正立プリズム4を出射してレチクル5に目標物体の像を形成する。なお、対物レンズ1は、送信光学系と視準光学系とで共用されている。
レチクル5には十字線等の指標が刻まれており、送信光学系と視準光学系とは共通の光軸Aを有しているため、接眼レンズ6により目標物体像とレチクル5上の十字線とを重ねることにより目標物体に対して正確に信号光を照射することが出来る。このようにして、視準光学系が構成されている。
受信光学系30は、送信光学系と視準光学系との共通の光軸Aとは所定の間隔(後述するd)を持って配置され、目標物体からの信号光と可視光は、受信光学系の対物レンズ11を通り、対物レンズ11の結像面近傍に配置された受光素子12にスポット像を結像する。また、受光素子12の対物レンズ11側には、受光素子12に入射する目標物体を照らしている太陽光等の背景光(ノイズ光)の影響を除くため、信号光の波長の光のみを通過しそれ以外の波長の光をカットする狭帯域フィルター13が設けられている。
なお、狭帯域フィルタ13は、信号光と同じ波長の光を通過するため、信号光のS/N比を向上させるには受光素子12の大きさを必要十分な最小の大きさとすることが望ましい。
また、受信光学系30の対物レンズ11と受光素子12との間には、受信光学系30の焦点距離を可変する可変焦点距離光学系14が配置されている。可変焦点距離光学系14は、対物レンズ11側から負レンズ群14Aと正レンズ群14Bを有し、負レンズ群14Aを光軸Bに沿って移動することで受信光学系30の焦点距離を可変にする。なお、負レンズ群14Aを少なくとも2段階に移動して少なくとも2段階に焦点距離を可変とするように構成してもよいし、負レンズ群14A及び正レンズ群14Bを連続的に移動して連続的に焦点距離を可変とするように構成してもよい。
このようにして、測距装置100が構成されている。
本第1実施形態にかかる測距装置100では、受光素子12の中心位置は、図2、図3に示すように受信光学系30の結像面で、遠距離物体の前記信号光の結像位置から近距離物体の前記信号光の結像位置方向に沿って前記受光素子の中心をずらして配置している。すなわち、受信光学系30の結像面で、受光素子12の一端部12aが光軸Bの近傍に位置決めされ、他端部12bが、光軸Bから遠ざかる位置となるように受光素子12の中心ずらして配置されている。そして、可変焦点距離光学系14を有することにより、後述するように測距できる範囲を拡大することを可能にしている。
また、受光素子12は、受信光学系30の光軸Bと垂直に配置されているが、必ずしも垂直である必要はなく、受光素子12の位置を例えば最至近距離に対応するスポット像の最良像点位置に傾けて配置することが好ましい。
以下、図2、図3を参照しつつ、第1実施形態にかかる測距装置100の受光素子12の位置と測距可能範囲について説明する。図1と同様の構成には同じ符号を付し説明する。
図2において、光源2から射出した信号光は、正立プリズム4に配置された、可視光を透過し信号光を反射するミラー面4aで反射された後、対物レンズ1を通って目標物体P1(最長測定距離)に到達する。なお、図1に示す正立プリズム4は記載を省略して説明している。
信号光は、物体P1で散乱し、その一部が受信光学系30の対物レンズ11に入射する。信号光は、P1の中心と対物レンズ11の中心を結ぶ直線Cに沿って進み、対物レンズ11の結像面近傍に配置された受光素子12上の光軸Bの近傍の点Q1に結像し、送信時と受信時の時間差から目標物体P1までの距離が算出される。
物体P1までの距離をL1とすると、点Q1の光軸Bからのずれδ1は、(1)式で示される。
(1) δ1=f×d/L1
ここで、fは対物レンズ11の焦点距離を、dは光軸Aと光軸Bとの間隙をそれぞれ表す。
距離L1が、間隙dに比べて十分に大きい場合、d/L1は、ほぼゼロとなりδ1もほぼゼロとなる。これは、点Q1が光軸B上にあることを意味する。従って、dに対して大きなL1の遠距離まで測定することを考慮すると、受光素子12の一端部12aを光軸B上に配置することが好ましい。ただし、信号光の到達距離、或いは信号光の受光強度等を考慮して距離L1に限界を設けたときには、(1)に従って受光素子12の位置の一端部12aを光軸Bから僅かに離して配置してもよい。
一方、近距離L2の位置にある物体P2を測距する場合、P2からの信号光が光路Dに沿って対物レンズ11に入射して結像する位置をQ2(光軸Bからの距離をδ2)とすると、(1)式と同様にして、(2)式で示される。
(2) δ2=f×d/L2
ここで、受光素子12のサイズをMとすると、測距可能な近距離は、δ2=MとしてL2について表すと、(3)式となる。
(3) L2=f×d/M
上記、(3)式によれば、距離L2を短くするには、受光素子12のサイズMを大きくするか、或いは、受信光学系30の焦点距離fを短くすればよいことがわかる。
しかし、受光素子12のサイズを大きくすれば距離L2を短くすることが可能であるが、上記した理由により信号光以外の光によりS/Nの劣化が大きくなり、最大距離L1が短くなり好ましくない。
本第1実施形態にかかる測距装置100では、受信光学系30の対物レンズ11と受光素子12との間に可変焦点距離光学系14を配置し、焦点距離fを短くすることで、より近距離まで測距することを可能にしている。
図1、図2において、負レンズ群14Aを対物レンズ11側に移動して焦点距離を受信光学系30の最大焦点距離fLから最小焦点距離fSに変更したときの受光素子12における光源像の位置Q1に対応する物体位置をPF、距離をLF、Q2に対応する物体位置をPN、距離をLNとすると、以下の関係式が成立する。
(4) LF=(fS/fL)×L1
(5) LN=(fS/fL)×L2
(4)、(5)式から、受信光学系30の焦点距離fをfLからfSに変えた場合、測定距離LF、LNは、焦点距離の比に比例して変化することがわかる。
また、最小焦点距離fSは、以下の条件式を満足することが望ましい。
(6) (L2/L1)×fL ≦ fS ≦ fL
(6)式の上限値は、発明の主旨から明確であるが、下限値は受信光学系30の焦点距離を短くしたとき、距離LFが距離L2より短くなり測距できない距離領域(L2とLFとの間)ができることを防止するためである。
なお、(6)式の条件式は、受信光学系30の焦点距離を不連続、例えばfLからfSに少なくとも2段階変化させる場合の条件であって、可変焦点距離光学系14が焦点距離を連続的に変化させるズーム変倍光学系で構成されている場合には考慮しなくてもよい条件である。
以下、(6)式について、2段階に焦点距離を変化させた場合を代表として説明する。図2より、
(7) d/L1=δ1/fL
(8) d/LF=δ1/fS
であり、これら二つの式より、
(9) LF=(fS/fL)×L1
となる。
測距できない距離領域ができるのを防ぐ条件は、
(10) L2≦LF
従って、(9)、(10)式より、
(11) (L2/L1)×fL≦fS
が得られる。fSの上限値は最大焦点距離fLであるから、fSは、(6)式を満足することが必要となる。A distance measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an optical system of the distance measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the distance measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram showing a light receiving element and each light spot position.
In FIG. 1, the distance measuring
Light emitted from the
The signal light reflected by the target object and the visible light from the target object are collected by the objective lens 1 and enter the
Visible light is reflected by each reflecting surface including the
The
The receiving
Since the
Further, a variable focal length
In this way, the
In the
The
Hereinafter, the position of the
In FIG. 2, the signal light emitted from the
The signal light is scattered by the object P 1, and a part of the signal light enters the
Assuming that the distance to the object P1 is L1, a deviation δ1 of the point Q1 from the optical axis B is expressed by the equation (1).
(1) δ1 = f × d / L1
Here, f represents the focal length of the
When the distance L1 is sufficiently larger than the gap d, d / L1 is substantially zero and δ1 is also substantially zero. This means that the point Q1 is on the optical axis B. Therefore, in consideration of measuring up to a long distance L1 with respect to d, it is preferable to arrange the one
On the other hand, when measuring the object P2 at the short distance L2, the position where the signal light from P2 enters the
(2) δ2 = f × d / L2
Here, when the size of the
(3) L2 = f × d / M
According to the above equation (3), it can be seen that the distance L2 can be shortened by increasing the size M of the
However, if the size of the
In the
1 and 2, the position of the light source image in the
(4) LF = (fS / fL) × L1
(5) LN = (fS / fL) × L2
From equations (4) and (5), it can be seen that when the focal length f of the receiving
Further, it is desirable that the minimum focal length fS satisfies the following conditional expression.
(6) (L2 / L1) × fL ≦ fS ≦ fL
The upper limit value of the equation (6) is clear from the gist of the invention, but the lower limit value is a distance region (L2 and LF) where the distance LF becomes shorter than the distance L2 and the distance cannot be measured when the focal length of the receiving
The conditional expression (6) is a condition for changing the focal length of the receiving
Hereinafter, the case where the focal length is changed in two steps will be described as a representative of the expression (6). From FIG.
(7) d / L1 = δ1 / fL
(8) d / LF = δ1 / fS
From these two formulas,
(9) LF = (fS / fL) × L1
It becomes.
Conditions that prevent the creation of distance areas that cannot be measured are as follows:
(10) L2 ≦ LF
Therefore, from the equations (9) and (10),
(11) (L2 / L1) × fL ≦ fS
Is obtained. Since the upper limit value of fS is the maximum focal length fL, fS needs to satisfy the expression (6).
fL=100mm、d=30mm、L1=500m、とすると、(1)式よりδ1=0.006mmとなる。また、受光素子12のサイズM(長さ)を、0.05mmとすると、(3)式より、L2=53.6mとなる。
そして、図1に示すように、負レンズ群14Aを対物レンズ11方向に移動したときの焦点距離fS=50mmとすると、(4)式から、LF=250m、(5)式から、LN=26.8mとなる。
この結果、第1実施形態の測距装置100は、近距離が、L2=53.6mからLN=26.8mまで測距可能な距離を短縮することができる。従って、測距装置100は、L1=500mからLN=26.8mまでの範囲の測距が可能になる。Assuming that fL = 100 mm, d = 30 mm, and L1 = 500 m, δ1 = 0.006 mm from equation (1). Further, if the size M (length) of the
As shown in FIG. 1, assuming that the focal length fS = 50 mm when the
As a result, the
fL=100mm、d=30mm、L1=∞、とすると、(1)式よりδ1=0.0mmとなる。また、受光素子12のサイズM(長さ)を、0.05mmとすると、(3)式より、L2=60mとなる。
そして、図1に示すように、負レンズ群14Aを対物レンズ11方向に移動したときの焦点距離fS=50mmとすると、(4)式から、LF=∞、(5)式から、LN=30mとなる。
この結果、第1実施形態の測距装置100は、近距離が、L2=60mからLN=30mまで測距可能な距離を短縮することができる。
なお、図3において、符号A11は、光軸Aを対物レンズ11の結像面を含む面に投影した点を示している。また、SAは信号光のスポットサイズをそれぞれ模式的に示したものであり、受光素子12は、SAを少なくとも含むように配置し、SAより大きくなり過ぎないようにすることで、信号光のS/Nを良好にすることができ、より遠距離の測定を可能にすると共に、近距離の測定も可能になる。なお、受光素子12の形状は、長方形以外に、円形、楕円形、長方形以外の四角形などの形状を用いても同様の効果を奏することが可能である。
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態にかかる測距装置200の光学系の概略構成図である。なお、第1実施形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
第2実施形態では、受信光学系30の対物レンズ11と受光素子12との間に、可変焦点距離光学系15を挿脱可能に構成している。
可変焦点距離光学系15は、対物レンズ11側から順に、正レンズ群15Aと負レンズ群15Bを有し、光軸Bに可変焦点距離光学系15を挿入することによって、受信光学系の焦点距離を上記fLからfSに変えることができる構成である。
なお、可変焦点距離光学系15の作用は、第1実施形態と同様であり詳細な説明は省略する。また、第1実施形態と同様、最小焦点距離fSは、条件式(6)を満足する必要があることは言うまでもない。また、その他の作用、効果は第1実施形態と同様であり説明を省略する。
(第3実施形態)
図5は、第3実施形態にかかる測距装置300の光学系の概略構成図である。なお、第1実施形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
第3実施形態では、受信光学系30の対物レンズ11の物体側に可変焦点距離光学系16を着脱可能に構成している。
可変焦点距離光学系16は、物体側から順に、負レンズ群16Aと正レンズ群16Bを有し、対物レンズ11に着脱可能なアフォーカル光学系とし、対物レンズ11の物体側に装着することで受信光学系の焦点距離を上記fLからfSに変えることができる構成である。装着は、ねじや嵌合により装着する。
なお、可変焦点距離光学系16の作用は、第1実施形態と同様であり詳細な説明は省略する。また、第1実施の形態と同様、最小焦点距離fSは、条件式(6)を満足する必要があることは言うまでもない。また、その他の作用、効果は第1実施形態と同様であり説明を省略する。
なお、上記第1〜第3実施形態において、送信光学系の光軸A1と視準光学系の光軸A2が異なっている場合でも、送信光学系の光軸A1と受信光学系の光軸Bとの関係が上述した関係を満たしていれば同様の効果を奏することができる。
また、上記第1から第3実施形態では、受光素子12の中心を光軸Bからずらして配置した場合について説明したが、受光素子12の中心が光軸Bと一致している場合でも、上記実施形態にかかる可変焦点距離光学系を配置することで測距距離を可変とし、測距範囲を拡大することができることは言うまでもない。
また、測距装置には上述のように、送信光学系と受信光学系とが離れているものの他に、これらが重なった同軸の測距装置も存在する。同軸の場合は、測距する距離により受光素子上の目標像の位置は変わらないため受光素子の大きさによる測距範囲の限定はないが、その代わり送信光と受信光をハーフミラー等により分離する必要があるため受信光の強度は減少し、最大測距距離は減少してしまうという欠点があるが、本実施形態にかかる測距装置ではこのような問題は発生しない。
以上述べたように、第1〜第3実施形態にかかる測距装置によれば、受光素子のサイズが同じであっても、受信光学系の焦点距離を変化させることにより、その焦点距離が長い場合は遠距離物体の測距、焦点距離が短い場合は至近距離までの測距が可能となり、用途に応じた測距モードを選択可能な測距装置を達成することができる。
(第4実施形態)
図6は、第4実施形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。図7は、第4実施形態にかかる測距装置の作用を説明する図である。図8は、受光素子と各光点位置を示す模式図である。なお、第1実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
第4実施形態では、受信光学系30の対物レンズ11と受光素子12との間には、受信光学系30の光軸Bを偏向するミラー17が光軸Bに対して所定の角度傾けて配置されている。この傾け角度からミラー17を所定の角度(図9Bの角度α)変えることで受光素子12上の光像の位置を変更する。
このようにして、測距装置100が構成されている。
第4実施形態にかかる測距装置400では、受光素子12の中心位置は、後述するように受信光学系30の結像面で、遠距離物体の前記信号光の結像位置から近距離物体の前記信号光の結像位置方向に沿って前記受光素子の中心をずらして配置している。すなわち、図7、図8に示すように、受信光学系30の結像面で、受光素子12の一端部12aが光軸Bの近傍に位置決めされ、他端部12bが、光軸Bから遠ざかる位置となるように受光素子12の中心をずらして配置されている。そして、ミラー17により、後述するように測距できる範囲を拡大することを可能にしている。
また、受光素子12は、受信光学系30の光軸Bと垂直に配置されているが、必ずしも垂直である必要はなく、受光素子12の位置を例えば、最至近距離に対応するスポット像の最良像点位置に傾けて配置することが好ましい。
以下、図7、図8を参照しつつ、第4実施形態にかかる測距装置100の受光素子12の位置と測距可能範囲について説明する。図6と同様の構成には同じ符号を付し説明する。
図7において、光源2から射出した信号光は、可視光を透過し、正立プリズム4に配置された信号光を反射するダイクロイックミラー4aで反射された後、対物レンズ1を通って目標物体P1(最長測定距離)からP2に到達する。なお、図6に示す正立プリズム4は記載を省略して説明している。
信号光は、物体P1で散乱し、その一部が受信光学系30の対物レンズ11に入射する。信号光は、P1の中心と対物レンズ11の中心を結ぶ直線Cに沿って進み、対物レンズ11の結像面近傍に配置された受光素子12上の光軸Bの近傍の点Q1に結像し、送信時と受信時の時間差から目標物体P1までの距離が算出される。
物体P1までの距離をL1とすると、点Q1の光軸Bからのずれδ1は、(1)式で示される。
(1) δ1=f×d/L1
ここで、fは対物レンズ11の焦点距離を、dは光軸Aと光軸Bとの間隙をそれぞれ表す。
距離L1が、間隙dに比べて十分に大きい場合、d/L1は、ほぼゼロとなりδ1もほぼゼロとなる。これは、点Q1が光軸B上にあることを意味する。従って、dに対して大きなL1の遠距離まで測定することを考慮すると、受光素子12の一端部12aを光軸B上に配置することが好ましい。ただし、信号光の到達距離、或いは信号光の受光強度等を考慮して距離L1に限界を設けたときには、(1)に従って受光素子12の位置を光軸Bから僅かに離して配置してもよい。
一方、近距離L2の位置にある物体P2からの信号光が光路Dに沿って対物レンズ11に入射して結像する位置をQ2(光軸Bからの距離をδ2)とすると、(1)式と同様にして、(2)式で示される。
(2) δ2=f×d/L2
ここで、受光素子12のサイズをMとすると、測距可能な近距離は、δ2=MとしてL2について表すと、(3)式となる、
(3) L2=f×d/M
上記、(3)式によれば、距離L2を短くするには、受光素子12のサイズMを大きくすればよい。
しかし、受光素子12のサイズを大きくすれば距離L2を短くすることが可能であるが、上記した理由により信号光以外の光によりS/Nの劣化が大きくなり、最大距離L1が短くなり好ましくない。
また、距離L2よりさらに近距離の物体P3までの距離を測距しようとすると、物体P3からの信号光のスポット像は受光素子12の結像面上でQ3位置(光軸Bからの距離をδ3とする)に結像され、δ3は(12)式で示される。
(12) δ3=f×d/L3
δ3の位置Q3は、受光素子12上にないためこのままでは測距することができない。
第4実施形態にかかる測距装置400では、受信光学系30の対物レンズ11と受光素子12との間にミラー17を配置し、光軸Bをミラー17で偏向することにより受光素子12上にスポット像を結像させ、より近距離まで測距することを可能にしている。
図9A、9Bはミラー17の傾斜角度を変えたときの作用を説明する図である。図9Aは、距離L1と距離L2の間を測距する状態を、図9Bは、距離L2から距離L3を測距する状態をそれぞれ示している。
図9Aにおいて、ミラー17は光軸Bに対して所定の角度傾けた状態で支持されている。この状態では、距離L1からの信号光は光軸Cに沿って入射しミラー17で反射され、受光素子12のQ1に結像される。また距離L2からの信号光は光軸Dに沿って入射しミラー17で反射され、受光素子12のQ2に結像される。これにより、測距装置400は、距離L1から距離L2の間の物体の距離を測定することができる。
次に、距離L2より近い物体の距離を測定する場合、測距装置400は、不図示の部材を操作することでミラー17を光軸Bに対して所定角度α傾斜する。この結果、距離L2からの信号光はミラー17で反射されて受光素子12のQ1位置に結像し、距離L3からの信号光はミラー17で反射されて受光素子12のQ2位置に結像する。このように、ミラー17を所定の角度α傾斜することで、傾斜前の距離L2の結像位置Q2を傾斜後結像位置Q1に、傾斜前の距離L3の結像位置Q3を傾斜後結像位置Q2に偏向することができる。この結果、測距装置400の測距可能範囲が距離L2から距離L3の範囲に変更できる。
このとき、距離L3と距離L2との間の関係は、以下の(13)式で示される。
(13) L3=δ2/(2δ2−δ1)×L2
具体例を以下に示す。Assuming that fL = 100 mm, d = 30 mm, and L1 = ∞, δ1 = 0.0 mm from the equation (1). Further, if the size M (length) of the
As shown in FIG. 1, assuming that the focal length fS = 50 mm when the
As a result, the
In FIG. 3, reference numeral A <b> 11 indicates a point where the optical axis A is projected onto a surface including the imaging surface of the
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an optical system of the
In the second embodiment, the variable focal length
The variable focal length
The operation of the variable focal length
(Third embodiment)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an optical system of the
In the third embodiment, the variable focal length
The variable focal length
The operation of the variable focal length
In the first to third embodiments, even when the optical axis A1 of the transmission optical system is different from the optical axis A2 of the collimation optical system, the optical axis A1 of the transmission optical system and the optical axis B of the reception optical system. The same effect can be obtained if the relationship between and satisfies the relationship described above.
In the first to third embodiments, the case where the center of the
As described above, in addition to the distance between the transmission optical system and the reception optical system, the distance measurement apparatus includes a coaxial distance measurement apparatus in which these are overlapped. In the case of coaxial, the position of the target image on the light receiving element does not change depending on the distance to be measured, so there is no limitation on the distance measuring range depending on the size of the light receiving element, but instead, the transmitted light and received light are separated by a half mirror, etc. However, there is a disadvantage that the intensity of received light decreases and the maximum distance measurement distance decreases, but such a problem does not occur in the distance measurement apparatus according to the present embodiment.
As described above, according to the distance measuring apparatus according to the first to third embodiments, even if the size of the light receiving element is the same, the focal length is long by changing the focal length of the receiving optical system. In this case, it is possible to perform distance measurement of a long-distance object, and when the focal distance is short, it is possible to perform distance measurement up to a close distance, and it is possible to achieve a distance measuring device capable of selecting a distance measurement mode according to the application.
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an optical system of the distance measuring apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the distance measuring apparatus according to the fourth embodiment. FIG. 8 is a schematic diagram showing a light receiving element and each light spot position. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
In the fourth embodiment, a
In this way, the
In the
The
Hereinafter, the position of the
In FIG. 7, the signal light emitted from the
The signal light is scattered by the object P 1, and a part of the signal light enters the
Assuming that the distance to the object P1 is L1, a deviation δ1 of the point Q1 from the optical axis B is expressed by the equation (1).
(1) δ1 = f × d / L1
Here, f represents the focal length of the
When the distance L1 is sufficiently larger than the gap d, d / L1 is substantially zero and δ1 is also substantially zero. This means that the point Q1 is on the optical axis B. Therefore, in consideration of the measurement up to a long distance L1 with respect to d, it is preferable to arrange the one
On the other hand, when the position at which the signal light from the object P2 at the position of the short distance L2 enters the
(2) δ2 = f × d / L2
Here, when the size of the
(3) L2 = f × d / M
According to the above equation (3), the size M of the
However, if the size of the
Further, when attempting to measure the distance to the object P3 that is closer than the distance L2, the spot image of the signal light from the object P3 is positioned on the imaging plane of the
(12) δ3 = f × d / L3
Since the position Q3 of δ3 is not on the
In the
9A and 9B are diagrams for explaining the operation when the tilt angle of the
In FIG. 9A, the
Next, when measuring the distance of an object closer than the distance L2, the
At this time, the relationship between the distance L3 and the distance L2 is expressed by the following equation (13).
(13) L3 = δ2 / (2δ2-δ1) × L2
Specific examples are shown below.
f=100mm、d=30mm、L1=500m、L2=100mの測距装置の場合、
(1)式よりδ1=0.006mm、(2)よりδ2=0.03mmであり、(13)式からミラー17を傾斜することで、L3=55.6mとなる。よって、ミラー17を傾斜させることで、L2=100mからL3=55.6mまでの測距が可能になる。
これにより、実施例3の測距装置は、傾斜するミラー17を有することにより、L1=500mからL3=55.6mの範囲の測距が可能になる。In the case of a distance measuring device with f = 100 mm, d = 30 mm, L1 = 500 m, and L2 = 100 m,
From equation (1), δ1 = 0.006 mm, from equation (2), δ2 = 0.03 mm, and by inclining the
As a result, the distance measuring apparatus according to the third embodiment includes the tilting
f=50mm、d=30mm、L1=∞、L2=50mの測距装置の場合、
(1)式よりδ1=0mm、(2)式よりδ2=0.03mmであり、(13)式からミラー17を傾斜することでL2=50mからL3=25mまでの測距が可能になる。
これにより、実施例4の測距装置は、傾斜するミラー17を有することにより、L1=∞からL3=25mの範囲の測距が可能になる。
以上のように、ミラー17を傾斜する前は、L1からL2までの測距範囲であったものがミラー17を傾斜した後は、L2からL3までの測距範囲となる。
従って、物体P3までの距離を測定したい場合は、ミラー17を傾斜することで測距が可能になる。
なお、ミラー17の傾斜角度αは、目標物体P2の受光素子12上の対応する位置Q2を位置Q1に移動する量としているが、これを超えてミラー17を傾斜させた場合、目標物体P3を超えたてさらに近距離物体までの距離が測定可能になるが、受光素子12上で目標物体P2のスポット像が受光素子12の大きさを超えてしまうため、測距できない範囲が発生する。これを避けるため、ミラー17の傾斜角度αは、目標物体P2のスポット像が受光素子12の大きさを超えない範囲にすることが望ましい。すなわち、ミラー17の傾斜角度αは、傾斜前が物体P1からP2を、傾斜後は物体P2からP3へと物体P2が含まれるように設定することが望ましい。
また、上記第4実施形態では、ミラー17による光軸Bの偏向方向を、光軸Aと光軸Bとで規定する平面内の光軸Aから遠ざかる方向に設定しているが、偏向方向はこれに限らず、光軸Aと交差する方向に偏向してもよい。光軸Aと交差する方向に偏向することで測距装置400をより小型に構成することができる。或いは、光軸Bに直交する平面内において、光軸Bを中心とする任意の方向に偏向することが可能であり、測距装置400の設計時に適宜設定することができる。
また、ミラー17は、不用意に回転しないよう、その始点と終点位置に傾斜角度を固定するロック機構を有することが望ましい。
(第5実施形態)
図10は、第5実施形態にかかる測距装置500の光学系の概略構成図である。なお、第1実施形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
第5実施形態では、受信光学系30の対物レンズ11と受光素子12との間に偏角プリズム18を配置し、偏角プリズム18を光軸に沿って移動することで、受信光学系30の光軸Bを光軸Aと光軸Bを含む面内に偏向可能に構成している。
図11A、11Bは、偏角プリズム18の作用を説明する受信光学系のみの図であり、図11Aは、初期位置を示し、図7のL1からL2の測距を、図11Bは偏角プリズムを移動した場合を示し、図7のL2からL3を測距する場合をそれぞれ示す。
図11A、11Bにおいて、偏角プリズム18の移動前では、受信光学系30に入射したP1からの信号光の結像位置がQ1、P2からの信号光の結像位置がQ2となり、測距装置500はL1からL2が測距範囲に設定される。
次に、L2からL3までの範囲を測距可能にするために、偏角プリズム18を光軸Bに沿って受光素子12方向にZ移動する。これにより、P2からの信号光の結像位置がQ1に移動し、P3からの信号光の結像位置がQ2に移動し、受光素子12で検出可能になる。これにより、測距装置500はL2からL3の範囲を測距可能になる。
図11A、11Bにおいて、偏角プリズム18による光軸の傾きβは、偏角プリズム18の屈折率をn、頂角をαとすると、以下の(14)式で示される。
(14) β=(n−1)×α
偏角プリズム18を光軸Bに沿って受光素子12方向にZだけ移動させたときの光軸の移動量εは、以下の(15)式で示される。
(15) ε=βZ=(n−1)×α×Z
よって、偏角プリズム18を移動させることで、受光素子12上でεの余裕が生まれその分、近距離の測距が可能になる。
なお、同等の効果は、受光素子12を移動させるか、受光素子を複数個配置することによっても達成できるが受光素子を基板ごと移動させることは精度上困難であるし、また機構上、装置の大型化を招く。
また受光素子を複数個配置する場合は、基板を移動させないで済むが受光素子を隙間なく接近させることは出来ないため、その隙間に対応する測定できない距離の領域が発生してしまい好ましくない。
また、偏角プリズム18の移動位置を固定するロック機構を有することが望ましい。
なお、上記第4、および第5実施形態では、受光素子12の中心を光軸Bからずらして配置した場合について説明したが、受光素子12の中心が光軸Bと一致している場合でも、第5実施形態にかかる光軸偏向部材を配置することで測距距離を可変することができることは言うまでもない。
また、測距装置には上述のように、送信光学系と受信光学系とが離れているものの他に、これらが重なった同軸の測距装置も存在する。同軸の場合は、測距する距離により受光素子上の目標像の位置は変わらないため受光素子の大きさによる測距範囲の限定はないが、その代わり送信光と受信光をハーフミラー等により分離する必要があるため受信光の強度は減少し、最大測距距離は減少してしまうという欠点があるが、第5実施形態にかかる測距装置ではこのような問題は発生しない。
以上述べたように、第4、および第5実施形態にかかる測距装置によれば、受光素子のサイズが同じであっても、受信光学系の光軸を偏向させる光学手段を用い、それらを傾斜(回転)または移動することにより受光素子上の信号光の結像位置を可変とし、特に近距離側の測距範囲を拡大することにより、遠距離物体の測距から至近距離までの測距が可能となり、用途に応じた測距形態が選択可能な測距装置を達成することができる。
(第6実施形態)
本発明の第6実施形態にかかる測距装置600について図面を参照しつつ説明する。なお、第1実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し説明を省略する。
図12は、第6実施形態にかかる測距装置の光学系の概略構成図である。図13は、受信光学系の受光素子上における距離の異なる目標物体からの信号光のスポット像の位置関係を説明する図である。図14は、受光素子と各スポット像位置を示す模式図である。
第6実施形態にかかる測距装置では、受光素子12の中心位置は、後述するように受信光学系30の結像面で、遠距離物体で反射された前記信号光の結像位置から近距離物体で反射された前記信号光の結像位置方向に沿って前記受光素子の中心をずらして配置している。すなわち、図13、図14に示すように、受光光学系30の結像面で、受光素子12の一端部12aが光軸Bの近傍に位置決めされ、他端部12bが、光軸Bから遠ざかる位置となるように受光素子12の中心をずらして配置されている。このように、受光素子12をずらして配置することで、後述するように測距できる範囲を拡大することを可能にしている。
また、受光素子12は、受信光学系30の光軸Bと垂直に配置されているが、必ずしも垂直である必要はなく、受光素子12の位置をスポット像の最良像点位置に配置することが好ましい。
以下、図13、図14を参照しつつ、第6実施形態にかかる測距装置600の受光素子12の位置と測距可能範囲について説明する。
図13において、光源2から射出した信号光は、正立プリズム4に配置された可視光を透過し信号光を反射するミラー面4aで反射された後、対物レンズ1を通って目標物体P1(最長測定距離)からP3(近距離目標物体)に到達する。なお、図12に示す正立プリズム4は記載を省略して説明している。
遠方の目標物体P1に照射された信号光は、物体P1で反射(散乱)し、その一部が受信光学系30の対物レンズ11に入射する。信号光は、P1の中心と対物レンズ11の中心を結ぶ直線Cに沿って進み、対物レンズ11の結像面近傍に配置された受光素子12上の光軸Bの近傍の点Q1に結像し、送信時と受信時の時間差から目標物体P1までの距離が算出される。
物体P1までの距離をL1とすると、点Q1の光軸Bからのずれδ1は、(1)式で示される。
(1) δ1=f×d/L1
ここで、fは対物レンズ11の焦点距離を、dは光軸Aと光軸Bとの間隙をそれぞれ表す。
距離L1が、間隙dに比べて十分に大きい場合、d/L1は、ほぼゼロとなりδ1もほぼゼロとなる。これは、点Q1が光軸B上にあることを意味する。従って、dに対して大きなL1の遠距離まで測定することを考慮すると、受光素子12の一端部12aを光軸B上に配置することが好ましい。ただし、信号光の到達距離、或いは信号光の受光強度等を考慮して距離L1に限界を設けたときには、(1)に従って受光素子12の位置を光軸Bから僅かに離して配置してもよい。
一方、中間距離L2の位置にある物体P2からの信号光が光路Dに沿って対物レンズ11に入射して結像する位置をQ2(光軸Bからの距離をδ2)とすると、(1)式と同様にして、(2)式で示される。
(2) δ2=f×d/L2
同様に、至近距離L3の位置にある物体P3からの信号光が光路Dに沿って対物レンズ11に入射して結像する位置をQ3(光軸Bからの距離をδ3)とすると、(12)式で示される。
(12) δ3=f×d/L3
ここで受光素子12を、従来のように中心が光軸Bと重なるように配置したとき(図13符号X参照)、受光素子12のサイズが結像点Q1〜Q2しかカバーできないため、測距可能な距離は、L1〜L2に限定され、至近距離L3を測定することができない。また受光素子12の光軸Bよりも光軸A側の領域(図13の符号XA)が存在するため、信号光以外の光によるS/Nの劣化が避けられず、最大距離L1も短くなる。
従来の受光素子12の配置で、受光素子12のサイズを大きくすれば至近距離物体P3の測距を可能にすることができるが、上記した光軸Bより光軸A側の領域が大きくなり、信号光以外の光によりS/Nの劣化が大きくなり、最大距離L1が更に短くなり好ましくない。
第6実施形態にかかる測距装置600では、図13、図14に示すように、同じサイズの受光素子12の一端部12aを光軸Bの近傍に配置し、他端部12bを光軸Bから遠ざかる方向に受光素子12の中心をずらすことによって、近距離物体P3からの信号光が受光素子12上に結像することを可能にしている。この結果、受光素子12の中心位置をずらすことのみによって、従来の測距装置に比べ、遠距離から近距離までの測距が可能になる。
ここで、受光素子12のサイズを2Mとすると、従来の配置での測定可能な近距離は、(f×d/M)であるのに対して、第6実施形態の測距装置600では、測距可能な近距離が(f×d/2M)となり、ほぼ半分の近距離まで測距可能になる。
例えば、対物レンズ11のf=100mm、光軸Aと光軸Bの間隙d=30mm、受光素子12の長さ2M=0.5mmの場合、従来の配置による測距可能な近距離が12mに対し、測距装置600の場合には、測距可能な近距離が6mと1/2に短縮できる。
なお、図14において、符号A11は、光軸Aを対物レンズ11の結像面を含む面に投影した点を示している。また、S、SAは信号光のスポットサイズをそれぞれ模式的に示したものであり、受光素子12は、SAを少なくとも含むように配置し、SAより大きくなり過ぎないようにすることで、信号光のS/Nを良好にすることができ、より遠距離の測定を可能にすると共に、近距離の測定も可能になる。なお、受光素子12の形状は、長方形以外に、円形、楕円形、長方形以外の四角形などの形状を用いても同様の効果を奏することが可能である。
また、送信光学系の光軸A1と視準光学系の光軸A2が異なっている場合でも、送信光学系の光軸A1と受信光学系の光軸Bとの関係が上述した関係を満たしていれば同様の効果を奏することができる。
また、測距装置には上述のように、送信光学系と受信光学系とが離れているものの他に、これらが重なった同軸の測距装置も存在する。同軸の場合は、測距する距離により受光素子上の目標像の位置は変わらないため受光素子の大きさによる測距範囲の限定はないが、その代わり送信光と受信光をハーフミラー等により分離する必要があるため受信光の強度は減少し、最大測距距離は減少してしまうという欠点があるが、第6実施形態にかかる測距装置ではこのような問題は発生しない。
以上述べたように、第6実施形態にかかる測距装置によれば、受光素子12の中心を受信光学系の光軸Bから離れた位置にずらして配置することによって、従来と同じサイズの受光素子12を用いながら、より近距離物体までの測距を可能にすると共に、遠距離物体では従来と同等の距離を測距可能な測距装置を達成することができる。
なお、上述の実施形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。In the case of a distance measuring device with f = 50 mm, d = 30 mm, L1 = ∞, L2 = 50 m,
Δ1 = 0 mm from equation (1), δ2 = 0.03 mm from equation (2), and tilting the
As a result, the distance measuring apparatus according to the fourth embodiment has the
As described above, the distance measurement range from L1 to L2 before tilting the
Therefore, when it is desired to measure the distance to the object P3, the distance can be measured by tilting the
The tilt angle α of the
In the fourth embodiment, the deflection direction of the optical axis B by the
Further, it is desirable that the
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an optical system of a
In the fifth embodiment, the
11A and 11B are views of only the receiving optical system for explaining the operation of the
11A and 11B, before the
Next, the
11A and 11B, the inclination β of the optical axis by the
(14) β = (n−1) × α
The movement amount ε of the optical axis when the
(15) ε = βZ = (n−1) × α × Z
Therefore, by moving the
The equivalent effect can be achieved by moving the
Further, when a plurality of light receiving elements are arranged, it is not necessary to move the substrate, but the light receiving elements cannot be brought close to each other without a gap, and therefore, an unmeasurable distance region corresponding to the gap occurs.
It is also desirable to have a lock mechanism that fixes the moving position of the
In the fourth and fifth embodiments described above, the case where the center of the
As described above, in addition to the distance between the transmission optical system and the reception optical system, the distance measurement apparatus includes a coaxial distance measurement apparatus in which these are overlapped. In the case of coaxial, the position of the target image on the light receiving element does not change depending on the distance to be measured, so there is no limitation on the distance measuring range depending on the size of the light receiving element, but instead, the transmitted light and received light are separated by a half mirror, etc. However, there is a disadvantage that the intensity of received light decreases and the maximum distance measurement distance decreases, but such a problem does not occur in the distance measuring apparatus according to the fifth embodiment.
As described above, according to the distance measuring apparatus according to the fourth and fifth embodiments, even if the size of the light receiving element is the same, the optical means for deflecting the optical axis of the receiving optical system is used, Ranging (rotating) or moving the signal light imaging position on the light receiving element is variable, especially by extending the distance measuring range on the near distance side, ranging from the distance measurement of a long distance object to the closest distance Thus, it is possible to achieve a distance measuring device capable of selecting a distance measuring mode according to the application.
(Sixth embodiment)
A
FIG. 12 is a schematic configuration diagram of an optical system of the distance measuring apparatus according to the sixth embodiment. FIG. 13 is a diagram for explaining the positional relationship of the spot images of signal light from target objects having different distances on the light receiving element of the receiving optical system. FIG. 14 is a schematic diagram showing a light receiving element and each spot image position.
In the distance measuring device according to the sixth embodiment, the center position of the
The
Hereinafter, the position of the
In FIG. 13, the signal light emitted from the
The signal light applied to the far target object P 1 is reflected (scattered) by the object P 1, and a part of the signal light enters the
Assuming that the distance to the object P1 is L1, a deviation δ1 of the point Q1 from the optical axis B is expressed by the equation (1).
(1) δ1 = f × d / L1
Here, f represents the focal length of the
When the distance L1 is sufficiently larger than the gap d, d / L1 is substantially zero and δ1 is also substantially zero. This means that the point Q1 is on the optical axis B. Therefore, in consideration of the measurement up to a long distance L1 with respect to d, it is preferable to arrange the one
On the other hand, when the position at which the signal light from the object P2 at the intermediate distance L2 enters the
(2) δ2 = f × d / L2
Similarly, assuming that the position where the signal light from the object P3 at the closest distance L3 enters the
(12) δ3 = f × d / L3
Here, when the
If the size of the
In the
Here, when the size of the
For example, when f = 100 mm of the
In FIG. 14, reference symbol A <b> 11 indicates a point where the optical axis A is projected onto a surface including the imaging surface of the
Even when the optical axis A1 of the transmission optical system is different from the optical axis A2 of the collimation optical system, the relationship between the optical axis A1 of the transmission optical system and the optical axis B of the reception optical system satisfies the relationship described above. If it is, the same effect can be produced.
As described above, in addition to the distance between the transmission optical system and the reception optical system, the distance measurement apparatus includes a coaxial distance measurement apparatus in which these are overlapped. In the case of coaxial, the position of the target image on the light receiving element does not change depending on the distance to be measured, so there is no limitation on the distance measuring range depending on the size of the light receiving element, but instead, the transmitted light and received light are separated by a half mirror, etc. However, there is a drawback in that the intensity of received light decreases and the maximum distance measurement distance decreases, but such a problem does not occur in the distance measuring apparatus according to the sixth embodiment.
As described above, according to the distance measuring apparatus according to the sixth embodiment, the center of the
The above-described embodiment is merely an example, and is not limited to the above-described configuration or shape, and can be appropriately modified and changed within the scope of the present invention.
Claims (14)
前記送信光学系とは光軸が異なり、前記目標物体で反射された前記信号光を受信する受信光学系と、
前記受信光学系の結像面に配置された受光素子とを有し、
前記受信光の送信時と受信時との時間差から前記目標物体までの距離を測定する測距装置において、
遠距離に在る目標物体で反射された信号光の前記受信光学系による結像位置と、近距離に在る目標物体で反射された信号光の前記受信光学系による結像位置を前記受光素子に対して調整可能な、結像位置調整手段を前記受信光学系に備えていることを特徴とする測距装置。A transmission optical system that projects signal light toward a target object;
A receiving optical system for receiving the signal light reflected by the target object, and having an optical axis different from that of the transmitting optical system;
A light receiving element disposed on the imaging surface of the receiving optical system,
In a distance measuring device that measures the distance to the target object from the time difference between transmission and reception of the received light,
The light receiving element represents the imaging position of the signal light reflected by the target object at a long distance by the receiving optical system and the imaging position of the signal light reflected by the target object at a short distance by the receiving optical system. A distance measuring apparatus comprising an imaging position adjusting means that can be adjusted with respect to the receiving optical system.
(L2/L1)×fL ≦ fS ≦ fLThe longest focal length of the receiving optical system changed by the variable focal length optical system is fL, the shortest focal length of the receiving optical system is fS, the maximum distance to the object to be measured is L1, and the minimum distance is L2. The range finder according to claim 2, wherein the following conditional expression is satisfied.
(L2 / L1) × fL ≦ fS ≦ fL
(L2/L1)×fL ≦ fS ≦ fLThe longest focal length of the receiving optical system changed by the variable focal length optical system is fL, the shortest focal length of the receiving optical system is fS, the maximum distance to the object to be measured is L1, and the minimum distance is L2. The range finder according to claim 3, wherein the following conditional expression is satisfied.
(L2 / L1) × fL ≦ fS ≦ fL
(L2/L1)×fL ≦ fS ≦ fLThe longest focal length of the receiving optical system changed by the variable focal length optical system is fL, the shortest focal length of the receiving optical system is fS, the maximum distance to the object to be measured is L1, and the minimum distance is L2. The range finder according to claim 4, wherein the following conditional expression is satisfied.
(L2 / L1) × fL ≦ fS ≦ fL
(L2/L1)×fL ≦ fS ≦ fLThe longest focal length of the receiving optical system changed by the variable focal length optical system is fL, the shortest focal length of the receiving optical system is fS, the maximum distance to the object to be measured is L1, and the minimum distance is L2. The range finder according to claim 5, wherein the following conditional expression is satisfied.
(L2 / L1) × fL ≦ fS ≦ fL
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